信發(fā)鋁電氧化鋁循環(huán)水泵變頻改造820發(fā)變頻器世界張永惠老師201112

1、信發(fā)鋁電氧化鋁循環(huán)水泵變頻改造Xinfa Aluminium Electricity Alumina Circulation WaterPump Frequency Conversion Transformation山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司胡令芝田利潤(rùn) 廣西信發(fā)鋁電有限公司氧化鋁廠郎國(guó)明Hu Lingzhi Tian Lirun Lang Guoming 摘要：本文介紹了高壓變頻器在廣西信發(fā)鋁電集團(tuán)氧化鋁循環(huán)水泵機(jī)組中的應(yīng)用情況， 通過對(duì)水泵變頻改造方案的介紹及改造后節(jié)能效果的比較分析，表明氧化鋁企業(yè)循環(huán)水 泵機(jī)組變頻改造節(jié)能效果顯著，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：高壓變頻器水泵節(jié)能Abs

2、tract: This paper describes the high voltage inverters Xinfa Aluminum Group in Guangxi alumina circulating water pump in the application. Through the pump frequency transformation and reconstruction program after the introduction of energy-saving effect of the comparative analysis, it shows that the

3、 alumina business unit circulation pump frequency transformation of energy-saving effect is remarkable, with high economic efficiency.Key words: High voltage inverter Pump Energy-saving1前言廣西信發(fā)鋁電有限公司是山東信發(fā)集團(tuán)實(shí)施“走出去”戰(zhàn)略，在廣西百色靖西投資興建 的一家集發(fā)電、礦山、氧化鋁、碳素、鋁深加工等產(chǎn)業(yè)于一體的現(xiàn)代化企業(yè)。集團(tuán)總公司山 東信發(fā)集團(tuán)始建于1972年，現(xiàn)有總資產(chǎn)800余億元，廣西信發(fā)鋁電

4、有限公司一期工程包括 3X155MW發(fā)電機(jī)組、160萬噸氧化鋁、16萬噸電解鋁礦山的選礦、洗礦等輔助工程。廣西信發(fā)鋁電有限公司氧化鋁（一期）的循環(huán)水系統(tǒng)配置4臺(tái)水泵，根據(jù)季節(jié)不同，氣 溫差異開啟兩臺(tái)或三臺(tái)循環(huán)水泵，對(duì)氧化鋁有關(guān)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行冷卻。由于水泵機(jī)組密封、機(jī) 組效率、季節(jié)性溫差等原因，往往是為了保證生產(chǎn)冷卻需要，通常存在循環(huán)水系統(tǒng)開兩臺(tái)流 量不夠，開三臺(tái)流量過大的情況，夏季運(yùn)行流量卻不足等現(xiàn)象，這就無法保證水泵機(jī)組的長(zhǎng) 期經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行，無法實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵的功耗跟生產(chǎn)負(fù)荷隨機(jī)調(diào)整，循環(huán)泵能耗居高不下。在保 證生產(chǎn)冷卻的同時(shí)減少循環(huán)水浪費(fèi)、節(jié)約電耗即循環(huán)水泵改造的目的。為了降低循環(huán)水泵的用電，提

5、高水泵的運(yùn)行效率，在2011年廠技改項(xiàng)目中，信發(fā)鋁電 公司氧化鋁廠領(lǐng)導(dǎo)決定在循環(huán)水泵上米用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的2套 1120 kW /10kV高壓變頻器對(duì)1#4#循環(huán)水泵進(jìn)行調(diào)速改造。2改造設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)循環(huán)水泵主要負(fù)責(zé)分解槽的板式換熱和精液降溫，并為分解槽和立下軟水系統(tǒng)，真空泵 系統(tǒng)提供用水。通過涼水換熱后的回水進(jìn)行降溫重新利用。循環(huán)水工藝流程如圖1所示。循環(huán)水泵房配置4臺(tái)完全相同的循環(huán)泵，根據(jù)生產(chǎn)需要添加或減少投入的水泵數(shù)量。設(shè) 備詳細(xì)參數(shù)如表1、表2所示。補(bǔ)水分解循環(huán)水全廠回水換熱回水圖1循環(huán)水工藝流程圖表1現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)額定流量電機(jī)功率1#循環(huán)水泵915-7

6、904000m3/h1120kW2#循環(huán)水泵915-7904000 m3/h1120kW3#循環(huán)水泵915-7904000 m3/h1120kW4#循環(huán)水泵915-7904000 m3/h1120kW表2 1#循環(huán)水泵基本參數(shù)電機(jī)參數(shù)型號(hào)YKK630-6額定電壓(V)10000額定電流(A)79額定功率(kW)1120額定頻率(Hz)50功率因數(shù)0.85額定轉(zhuǎn)速(rpm)992絕緣等級(jí)F級(jí)水泵參數(shù)型號(hào)915-790額定揚(yáng)程(m)80額定流量(m3/h)4000額定轉(zhuǎn)速(rpm)980額定功率(kW)1120氣蝕流量(m)7.53循環(huán)水泵節(jié)能原理根據(jù)水泵的壓力-流量特性曲線按照工藝要求實(shí)現(xiàn)變速變

7、流量控制，是節(jié)電的有效方法。按照電機(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：n = (1 - s)* 60 * f / p = n (1 - s)(1)其中p為電機(jī)極對(duì)數(shù)，f為電機(jī)運(yùn)行頻率，s為滑差。從式(1)看出，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率(七=60 * f / p)，由于滑差s 一 般情況下比較小(00.05)，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。從所以調(diào)節(jié)了電機(jī) 的供電頻率，就能改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制水泵流量的大小。水泵功率與轉(zhuǎn)速有下列三次方關(guān)系：P = Kp * n 3 (2)其中P為水泵消耗功率，Kp為功率常數(shù)，n為電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)水泵的轉(zhuǎn)速。由式(1)和式(2)，得式(3

8、)：P = Kp *(60* f /p)3 = (Kp *603/p3)* f 3(3)根據(jù)式(3)可以計(jì)算出：當(dāng)頻率從50Hz降至45Hz時(shí)，可節(jié)約水泵能耗27%左右。更直觀的水泵工作曲線圖如圖2所示，泵的軸功率與流量和揚(yáng)程有以下關(guān)系，PKQH， Q為流量，H為泵出口壓力。由于循環(huán)水泵受管道阻力影響較小，在出口壓力基本恒定的情 況下，轉(zhuǎn)速降低，流量降低，使泵的輸出功率減小。這種情況下節(jié)能效益比恒壓供水要顯著 得多。圖2中陰影部分為節(jié)能功率。hAn202 QIQ *圖2水泵節(jié)能原理4風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)2007年9月，風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器榮獲“中國(guó)名牌”稱號(hào)

9、，山東新風(fēng)光是 國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用 無速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn) 小于IEE519-1992的諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波 濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪 音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。JD-BP38-1120F高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如表3所示。表3 JD-BP38-1120F高壓變頻器主要技術(shù)參數(shù)變頻器容量（kW）1120模擬量輸入05V/420mA，任意設(shè)定適配電

10、機(jī)功率（kW）1120模擬量輸出兩路05V/420mA可選額定輸出電流（A）81加減速時(shí)間132000s輸入頻率（Hz）45 55開關(guān)量輸入輸出可按用戶要求擴(kuò)展額定輸入電壓（V）10000V (20%+15%)運(yùn)行環(huán)境溫度0 40 C輸入功率因數(shù)0.95 (20%負(fù)載)貯存/運(yùn)輸溫度-20 70C變頻器效率額定負(fù)載下0.98冷卻方式強(qiáng)迫風(fēng)冷輸出頻率范圍（Hz）0 120環(huán)境濕度90%，無凝結(jié)輸出變頻分辨率 （Hz）0.01安裝海拔高度1000m，高海拔降額使用過載能力105%連續(xù)，150%允許1min。防護(hù)等級(jí)IP205變頻改造控制方案變頻調(diào)速系統(tǒng)操作方面，有遠(yuǎn)程控制和本地控制兩種控制的方式，

11、這兩種控制方式可提 高系統(tǒng)的安全性能。通過目前氧化鋁廠已有的DCS對(duì)高壓變頻器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，通過 遠(yuǎn)控和本地對(duì)變頻器進(jìn)行控制，遠(yuǎn)控盒具有以下功能：開機(jī)、停機(jī)、急停、變頻運(yùn)行指示、 變頻停止指示、變頻故障、頻率指示及電流指示，并可在DCS上顯示變頻器的運(yùn)行數(shù)據(jù)和 當(dāng)前狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行。為了保證循環(huán)水泵系統(tǒng)的可靠性，變頻器裝置具有工頻手動(dòng)旁路裝置，當(dāng)變頻器發(fā)生故 障，停止運(yùn)行時(shí)，在確認(rèn)水泵及電機(jī)沒有故障的情況下，電機(jī)可以手動(dòng)切換到工頻下運(yùn)行， 這樣可以保證循環(huán)泵的供水要求，提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。循環(huán)水泵變頻系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：為變頻器提供的交流220V控制電源掉電時(shí)，由于變 頻器的控

12、制電源和主電源沒有相位及同步要求，變頻器可以使用UPS繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)停機(jī)； 在現(xiàn)場(chǎng)速度給定信號(hào)掉線時(shí)，變頻器提供報(bào)警的同時(shí)，可按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運(yùn)行，維持機(jī)組的工 況不變；變頻器配置單元旁路功能，在局部故障時(shí)，變頻器可將故障單元旁路，降額繼續(xù)運(yùn) 行，減少突然停機(jī)造成的損失，如果變頻器出現(xiàn)3個(gè)以上的故障單元，當(dāng)前水泵可轉(zhuǎn)工頻運(yùn) 行，可保證生產(chǎn)不受影響。6變頻改造主回路介紹氧化鋁循環(huán)水泵系統(tǒng)變頻改造采用1#、2#水泵共用一套高壓變頻器，3#、4#水泵共用 一套高壓變頻器。高壓變頻器采用一拖二手動(dòng)旁路方案，即配備兩臺(tái)高壓變頻器。以1#、 2#水泵為例說明其控制思路，其一次系統(tǒng)接線圖路如圖3所示，通過切換高

13、壓隔離開關(guān)把高 壓變頻器切換到要運(yùn)行的水泵上去。如圖所示高壓變頻器可以拖動(dòng)1#給水泵電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變 頻運(yùn)行，也可以通過切換拖動(dòng)2#給水泵電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。兩側(cè)給水泵電動(dòng)機(jī)均具備工 頻旁路功能。QF1lOkVlOkVQS11QS21 缺2丁 / 一一 I I:KI1 vlKI2 ；J :1變頻器QS131#水泵QS122#水泵圖3高壓變頻一次系統(tǒng)接線圖QF1和QF2分別為現(xiàn)場(chǎng)1#和2#循環(huán)水泵電源高壓斷路器；QS11和QS21分別為1#、2#循環(huán)水泵電源高壓隔離開關(guān)；QS12、QS22、QS13、QS23為變頻器旁路開關(guān)柜高壓隔離開關(guān);變頻器為風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器。高壓變頻器控制電機(jī)

14、為一拖二控制，旁路開關(guān)柜用于工/變頻切換。QS11和QS21為2 個(gè)高壓隔離開關(guān)，變頻器運(yùn)行時(shí)，要求QS11和QS21同時(shí)閉合。QS12閉合，QS22斷開， QS13斷開，1#水泵變頻運(yùn)行；QS12斷開，QS13閉合1#水泵工頻運(yùn)行；QS22閉合，QS12 斷開，QS23斷開，2#水泵變頻運(yùn)行；QS22斷開，QS23閉合，2#水泵工頻運(yùn)行；其中，QS12 與QS13、QS22實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，QS22與QS23、QS12實(shí)現(xiàn)電氣互鎖；將控制柜“遠(yuǎn)控/本控”開關(guān)打至“遠(yuǎn)控”位置，將相應(yīng)水泵斷路器“就地/遠(yuǎn)方”開關(guān)打至“遠(yuǎn)方”位置，可實(shí)現(xiàn) 水泵的遠(yuǎn)控操作。7循環(huán)水泵電機(jī)變頻注意事項(xiàng)（1）目前，1#、2

15、#電機(jī)共用一臺(tái)變頻器，3#、4#電機(jī)共用一臺(tái)變頻器。（2）每次起泵、倒泵前電話通知電氣值班人員電話、確認(rèn)哪臺(tái)電機(jī)使用哪臺(tái)變頻器。（3）開機(jī):每次變頻啟動(dòng)電機(jī)確認(rèn)給定最小頻率35Hz后方能啟動(dòng)，待電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到35Hz 后手動(dòng)把電磁閥門打開，直到全開后，把電磁閥手動(dòng)開關(guān)轉(zhuǎn)到自動(dòng)，再把水泵頻率開到生產(chǎn) 所需的頻率。（4）停機(jī)：先把電機(jī)運(yùn)行頻率降到35Hz以下，看電磁閥門是否關(guān)閉，確認(rèn)電磁閥門完全關(guān)閉后再點(diǎn)“停機(jī)”按鈕，把設(shè)備完全停下來。8現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備改造測(cè)試節(jié)能效果循環(huán)水泵變頻改造后，2011年6月，兩套高壓變頻器一次性投入生產(chǎn)，至今運(yùn)行正常。經(jīng)過廠節(jié)能服務(wù)中心測(cè)試，系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的效果。水泵變頻改造后

16、，循環(huán)水泵輸入電流有 明顯下降，設(shè)備實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，改善了設(shè)備的運(yùn)行工況，極大地減輕了設(shè)備起動(dòng)時(shí)對(duì)供配電 系統(tǒng)的沖擊。改造后的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)如表4所示。表4改造后的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)1#泵變頻運(yùn)行3#泵工頻運(yùn)行4#泵變頻運(yùn)行運(yùn)行頻率45.76Hz電壓10.4 kV運(yùn)行頻率46.02 Hz輸入電流42.8A電流72A輸入電流45.6A輸出電流59.8Acos0.84輸出電流60.8A輸入電壓10.4kV出口壓力0.8 MPa輸入電壓10.4kV輸出電壓9.46kV耗電1109.7kW/h輸出電壓9.64kV為了對(duì)比改造前后的節(jié)能效果，在生產(chǎn)負(fù)荷基本相同的條件下，當(dāng)工頻運(yùn)行時(shí)，原系統(tǒng) 為1#、2#、4#循環(huán)

17、水泵投入運(yùn)行，經(jīng)統(tǒng)計(jì)三臺(tái)泵總的耗電量平均約為3300kW/h。當(dāng)變頻運(yùn) 行時(shí)，此時(shí)設(shè)備1#、4#循環(huán)水泵為變頻運(yùn)行，2#循環(huán)水泵為工頻運(yùn)行（全開閥門），3#循 環(huán)水泵作為備用。抄錄分解循環(huán)水耗電計(jì)量表數(shù)據(jù)如表5所示。表5分解循環(huán)水耗功計(jì)量表設(shè)備名稱電流互 感器電壓互感 比起始碼結(jié)束碼起測(cè)時(shí) 間結(jié)束時(shí) 間平均耗電kW/h1#循環(huán)泵150/5100:12725.752729.822011.6.1616:002011.6.17 9:30697.72#循環(huán)泵150/5100:14464.574470.932011.6.1616:002011.6.17 9:301100.574#循環(huán)泵150/5100:13875.983880.022011.6.1616:002011.6.17 9:30692.6變頻耗電=692.6+1100.57+697.7=2490.87kW/h節(jié)電量=原工頻耗電-